Structure 808 Webinar with Associated of Kerman University (Bahonar ) Of IRANy ( )

Methods of Stability Analysis

for the Design of Steel Frames((Evaluation of the ELM and the DAM Method according to AISC Evaluation of the ELM and the DAM Method according to AISC 360360--20052005))

سرخيمجتبي اصغريMojtaba Asghari

.com808www.SazeIRAN Kerman December 2010IRAN,Kerman-December 2010

:آنچه در اين دوره تابحال اشاره شد

AISC360-05و مقايسه با 1387بررسي تغييرات صورت گرفته در مبحث دهم ويرايش

ETABSنحوه اعمال الزامات طرح لرزه اي مبحث دهم در دفترچه محاسبات و

ETABSدر AISC 360-05بر اساس ضوابط مبحث دهم وLRFDطراحي سازه هاي فوالدي به روش حدي

شود مي اشاره سمينار اين در آنچه :و آنچه در اين سمينار اشاره مي شود:و

)لنگر ثانويه(روش هاي بكار گيري اثر مرتبه دوم

AISC 360-05مطابق مبحث دهم و

)لنگر ثانويه(روش هاي بكار گيري اثر مرتبه دوم

Stability Analysis in Design of Steel Building

In ETABS v.9.5 withAISC 360-05 StandardAISC 360 05 Standard

روش اعمال اثر ثانويه در دو گزينه Design Analysis Method وSecond

O d M th dا ت ل قا Order Methodقابل تعيين است:

Direct Analysis آناليز مستقيم

Design Analysis Method

Effective Length طول موثر

Limited 1st Orderمرتبه اول

Stability Analysis in

ETABS General 2nd OrderΔPآ

Second Order Method

آناليز عمومي مرتبه دوم

Amplified 1st Order

مرتبه اول تشديد يافته

Δ−P

:روش براي لحاظ آثار ثانويه وجود داردهفت AISC 360-05مطابق

ضريب كاهش سختي

7 Method for Stability Analysis with AISC 360-05 :

آناليز مستقيم

Variableتحليل عمومي مرتبه دومضريب كاهش سختي

Fixedخت كاهش ض

Δ−P

آناليز پايداري

Direct Analysisتحليل مرتبه اول تشديد شدهAmplified 1st Order

ضريب كاهش سختي Variable

ضريب كاهش سختي Fixed

Stability Analysis Methods

Fixed

ضرايب طول موثر

تحليل عمومي مرتبه دومΔ−P

Effective Lengthتحليل مرتبه اول تشديد شدهAmplified 1st Order

تحليل مرتبه اول محدودLimited 1st Order

Design Analysis Method :

Direct Analysisروش آناليز مستقيم است و تحليل اثرات ثانويه به صورت مستقيم با تحليل يا غير مستقيم AISCروش جديد آيين نامه

ال ا ا ا گ ل ا اا ا ا ا كا اΔ−P

اثر كاهش سختي محوري و خمشي ناشي از تنش هاي پسماند .با ضرايب تشديد لنگر روي اعضا اعمال مي شود.در مبحث دهم اشاره اي به اين روش نشده است. به صورت مستقيم اعمال مي شود

Effective Lengthروش طول موثر

و روش اصلي معرفي شده در مبحث دهم ميباشد و در آن از ضريب طول موثر AISCروش سنتي آيين نامه Kن ش ف گ نظ گ ل ض ا ا ل ل ال ا ا ثان ا اث ش فا ا Kاستفاده مي شود و اثرات ثانويه با اعمال تحليل يا محاسبه ضريب تشديد لنگر در نظر گرفته مي شوند .

Limited 1st Orderروش طراحي اعضا بدون لحاظ كردن آثار مرتبه دوم

داراي تقريب قابل توجهي مبحث دهم ،6-1-7-2-10بنداستفاده از اين روش عالوه بر تامين شروط مربوطه.به جهت محدوديت هاي موجود، استفاده از اين روش به طور كلي توصيه نمي شودكه هم خواهد بود

Advanced analysis orsecond-order inelastic analysis for frame design:

لحاظ خطاهاي اجرايي در حين بارهاي ثقلي پيش بيني شدههند اق ن اثر نواقص هندسياث

خاصيت غير االستيك به دليل عدم توجه به خروج از محوريت و كاهش سختي عضو ناشي از تنش هاي پس ماند كه در

تحليل رخ مي دهد

6

AISC 2005مزيت روش هاي جديد تحليل پايداري در

:در تحليل هاي غير االستيك

7

It is a state-of-the-art methodology for the structural engineering profession for the 21st century.

8

با دهم مبحث عمده AISCتفاوت دوم360-05 مرتبه اثر لحاظ :در

انتخاب روش لحاظ آثار مرتبه دوم وابسته به برخالف مبحث دهم AISC 360-05 مطابق

AISC 360تفاوت عمده مبحث دهم با :در لحاظ اثر مرتبه دوم 05

يكي از سه روش آناليز مستقيم ، ، يا يكي از شرايط .روش طول موثر و مرتبه اول ميباشد

5.1/ 122 >ΔΔ= stndB5.1/ 122 ≤ΔΔ= stndB

استفاده از روش هاي لحاظ آثار مرتبه دوم را تنها از يكي از دو روش طول در حاليكه مبحث دهم. موثر و روش مرتبه اول مجاز مي داند

از ميان سه روش لحاظ اثر مرتبه دوم تنها در حالت AISC 360-05 مطابق.روش آناليز مستقيم قابل استفاده ميباشد

5.1/ 122 >ΔΔ= stndB

Design Analysis Method :

Specification2005 AISC

C2 2 D i R i tC2.2 Design Requirements

Effective Length Method (C2.2a)

• Limited applicationpp

• uses K>1.0

First-order analysis (C2.2b)

• Limited application

• Simplest approach

Direct Analysis Method (Appendix 7)Direct Analysis Method (Appendix 7)

• Applies to all buildings (K=1.0)

• Preferred method

موثر Effectiveروشطول Length Method ELM Effective Length Methodروش طول موثر ELM

Applies when 5.1/ 122 ≤ΔΔ= stndBpp

Notional Loads, Ni = 0.002Yi (gravity load combinations)

Second-Order Analysis

Nominal Geometry

Nominal Stiffness

K from a sidesway buckling analysisK from a sidesway buckling analysis

then K=1.01.1/ 12 ≤ΔΔ stnd

نسـبت جابجـايي ثانويـه بـه (تنها در صورت برقراري شرط AISC360-05مطابق آيين نامه.مجاز به استفاده از روش طول موثر خواهيم بود) جابجايي اوليه

2 1.5B ≤

:معايب روش هاي سنتي آناليز پايداري سازه هاي فوالدي

Effective Lengthروش طول موثر

عدم قابليت انعكاس توزيع غير االستيك نيرو هاي داخلي در سيستم سازه اي عدم تشخيص اطالعات مكانيزم شكست اعضا در سيستم سازه اي

براي هر Kآناليز پايداري با روش طول موثر در نرم افزارهاي محاسباتي به جهت لزوم محاسبه رعضو و سپس بررسي آناليز پايداري با سرعت كمي همراه است ي ر ب ري ي پ يز ي برر پس و و

با مشكالت و پيچيدگي هايي براي موارد خاص Kو مهم تر اينكه همواره در تعيين ضريب :مواجه بوديم كه روند آناليز را با مشكل روبرو مي سازد مانند

12

اول مرتبه First-Orderروش Method

Applies when

Firstروش مرتبه اول Order Method

5.1/ 122 ≤ΔΔ= stndBAnd aPr ≤ 0.5Py for all lateral members

Notional Loads

First Order Analysis on Nominal Geometry using

2.1 0.0042i i iN Y YLΔ⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

= ≥

First-Order Analysis on Nominal Geometry using

Nominal Stiffness

Apply B1 to total member moments

Use K=1.0

يمهمترين تفاوت استفاده از آناليز مرتبه اول در روش حالـت حـدي مبحـث دهـم و روش حالـت حـدي روش و م ب ي روش ر ول ب ر يز ز و رين ه

AISC 360-05 در ، 6-1-7-2-10بنددر اينست كه عالوه بر شروطAISC 360-05 براي اسـتفاده از روش

اول مرتبه شرطتحليل لزوماً باشدميبايست برقرار .نيز 2 1 5B ≤ .نيز برقرار باشدميبايست لزوما شرطتحليل مرتبه اول 2 1.5B ≤

مستقيم آناليز Directروش Analysis Method DAM Direct Analysis Method روش آناليز مستقيم DAM

Applies to all structures

K=1 05.1,5.1 22 ≥< BB

K=1.0

Straight-forward Analysis and Design

Improved Results & Less potential for error

Applies to all lateral systems or combination of systems w/o distinction

Most accurate determination of internal forces when combined with rigorous

second-order analysis:مزاياي روش آناليز مستقيم

.قابل استفاده است در هر دو صورت برقراري شرط• 5.1,5.1 22 ≥< BB Kدر اين روش ضريب .در صورت انجام تحليل آناليز مستقيم ، نيازي به كنترل طبقه مهار شده و نشده براي سازه ها نيست•

.انتخاب مي شود 1براي همه ستون ها برابر مي باشد و منجر به نتايج Effective Lengthانجام آناليز مستقيم توسط كاربر ساده تر و سريع تر از روش ضريب طول موثر• ع م جم ي

.واقعي تر از سازه مي شود

Stiffness Reductions (Inelasticity)

Axial Stiffness EA* = 0.8 EA

Flexural Stiffness EI* = 0.8 EIbτ

PP

PP

PP

PP

rrr

y

r

b

5.014

5.00.1

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎫

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

>⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

≤

=ααα

α

τ

Ultimately this allows for K=1.0

( ) ( )ASDLRFD

PPP yyy

6.1,1 ==

⎪⎭⎪⎩ ⎠⎝⎠⎝αα

=1.0 may be used for all members provided an additive notional load of

0.001Yi is appliedت ثا ت ص ه ا ش خ خت كاهش هاي ش از ك د ا تق ل تحل ش د

bτ

در روش تحليل مستقيم، بايد يكي از روش هاي كاهش سختي خمشي را به صورت ثابت و .متغير انتخاب كرددر حالت سختي ثابت .تابعي از نيروي محوري ستون ها خواهد بود در حالت متغير ضريب

1اض ا0 ش خ خت ش كا 0د د8 د ا خ τbτ

.خواهد بود0.8بوده و كاهش سختي خمشي برابر1.0برابر ضريب bτ

Stiffness Reduction

Reduced flexural stiffness, 0.8 EI

Generally = 1.0 for the following :

Beams

bτ

bτ

Beams

moment frames (low axial load)

Braced frames (flexural stiffness does not contribute)

Braces (flexural stiffness does not contribute)

Columns in braced frames (flexural stiffness does not contribute)

Can take = 1.0 for all members if :

apply additional notional load Ni = 0.001Yi

bτ

Eliminates iteration!

ميباشـد امـا در حالـت انتخـاب ضـريب 0.002در حالت ضريب كاهش سختي متغير ضريب بار مجازي برابـر قدا ض ا ت ثا خت ش د3كا ا ضخ دا ق ا اط ت ان يعنـي چنانچـه در جهـت اطمينـان مقـدار ضـريب .خواهد بود0.003كاهش سختي ثابت اين ضريب مقدار

.بار مجازي جانبي بيشتري تحليل كرد%50فرض شود ميبايست سازه را به ميزان 1كاهش سختي برابر

Procedure Summary

Model the structure (no change)

Apply Notional Loads

Perform second-order analysis on nominal geometry with reduced stiffnessPerform second order analysis on nominal geometry with reduced stiffness

Design all members for resulting forces

Design compression members with K=1.0

Updates Stability Design Requirements

New requirements for analysis

Recognizes current analysis options

Addresses shortcomings of previous methods (K = ?)Addresses shortcomings of previous methods (K ?)

Provides straight-forward methods

DAM is most general and accurate approachDAM is most general and accurate approach

Direct Analysis in CSI Programs:

Direct Analysis using ETABS v.9.6 :

Stiffnessچنانچه آناليز مستقيم با لحاظ ضريب كاهش سختي متغير مدنظر باشد از كشوي Reduction Method عبارتTau-b Variable و براي آنكه ضريب كاهش سختي ثابت درنظر

گزينه د ش فته Tauگ b Fixedد ش به(انتخاب جان جازي هاي با كه ط ش به

Direct Analysis Method using SAP2000 v. 11.0.7 :

به شرطيكه بار هاي مجازي جانبي به(انتخاب مي شودTau-b Fixedگرفته شود گزينه)بيشتر منظور شود 0.001ميزان

Second Order Analysis in ASD - AISC 360-05 :

Carried out under 1.6 times ASD load combination

Results divided by 1.6 to obtain required strengths

In Direct second order analysis , the method already includes 1.6 factor

Initial imperfections, either بار هاي مجازي

Notional Loads at each level, or

• Notional Loads at each level

• Ni = 0.002Yi

• Yi = total gravity load on a levelYi total gravity load on a level

• Applied to all load combinations

Applied only in Gravity Combos, except for 5.12 ≤BGravity load combinations:

Two orthogonal directionsPositive and negative senseSame direction at all levels

Model with assumed out-of-plumbness

از راهنماي آيين نامه 1-2مطابق جدول AISC 360-05روابط و حاالت مندرج در AISC360-05 موجود درETABS :

S d O d A l iSecond Order Analysis:

General 2nd Orderت ΔPآنال Second Order Method

روش هاي لحاظ اثر مرتبه دوم

Δ−Pآناليز عمومي مرتبه دوم

Amplified 1st Orderمرتبه اول تشديد يافته

General 2nd Order ) تحليل غيرخطي هندسي (روش عمومي تحليل مرتبه دوم Δ−P

اثر ثانويه براي بارهاي جانبي•δ−P اثر ثانويه براي بار هاي ثقلي •

Δ−P

General Second-Order Analysis

Free of limitations of amplified first-order method

More accurate determination of internal forces and strength level deformationsComplex geometryirregular lateral framing

Structure Analyzed for Load Combinations (ASD with a 1.6 factor)

Stable model required

ETABS P-Delta Combination in LRFDدرتحليل Δ−P

AISC دهم حالت حديمبحث360-05

ETABSدرتحليل δ−P

ناچيز مي اثرات ثانويه تشديد لنگر مربوط به بار هاي ثقلي در اكثر موارد نسبت بهشدباشند خواهد بحران كوچك مقطع و بلند طول با هاي ستون براي تنها و

Δ−P

.و تنها براي ستون هاي با طول بلند و مقطع كوچك بحراني خواهد شدباشندبراي اين تحليل الزم است ستون ها در طول خود تقسيم بندي شوند

)Amplified 1st Order( روش تشديد لنگر هاي خمشي

Li it ti f A lifi d Fi t O d A l iLimitations of Amplified First-Order Analysis :

Have to separate translation and no-translation moments

Engineering judgment often requiredg g j g q

Distribution of moments where B2 factors vary at a joint

Complex geometry cause difficulties

Sloping beams and columns

Floor levels not readily identifiable

:توجه مهمETABS با توجه به توضيحات مندرج در راهنماي برنامه، فعالً قادر به محاسبه ضريبB2 و اين نيست

ضريب را به طور پيش فرض يك در نظر مي گيردبر اين اساس جدا از مشكلي كه در تشديد لنگر و بار محوري در قاب هاي مهار نشده پيش مي آيد در قاب هاي

آيد م دست به كمت است ننامه آي نظ د مو كه آنچه از شده تشديد لنگ مقدا شده .مهار شده مقدار لنگر تشديد شده از آنچه كه مورد نظر آيين نامه است كمتر به دست مي آيدمها

:بنابراين مطابق مبحث دهم

مرتبه اثر اعمال نحوه

Design Analysis Method

Effective Length طول موثر

نحوه اعمال اثر مرتبهدوم حالت حدي در

ETABS Second Order Method

General 2nd Orderآناليز عمومي مرتبه دوم

Amplified 1st Order

مرتبه اول تشديد يافتهبه طور كلي جهت لحاظ اثر مرتبه دوم ميبايست از دو 5- 1- 7- 2- 10بند مطابق در مبحث دهم

خط غ ل ل ت گشش ل تش ا شض ال ا انتخا ش ك

ETABSدر ) تحليل غيرخطي هندسي (روش عمومي تحليل مرتبه دوم Δ−P

.يك روش انتخاب و اعمال شودضرايب تشديد لنگرروشوروش عمومي تحليل غيرخطي هندسي

ETABSدر) Amplified 1st Order(روش تشديد لنگر هاي خمشي

Changes in AISC 2010

The next AISC specification comes out in 2010

DAM will be default method in body of code

Several Clarifications included in Specification

در دسترس ميباشد AISC 360-05از آيين نامه 7روش آناليز مستقيم كه هم اينك به عنوان پيوست AISC 2010در د ا موث طول ايب ض سنت وش Chapterجاي Cجهت نامه ن آي اصل و ض ف ش پ وش عنوان وبه فت گ خواهد خواهد گرفت وبه عنوان روش پيش فرض و اصلي آيين نامه جهت Chapter Cجاي روش سنتي ضرايب طول موثر را در

.لحاظ اثر مرتبه دوم سازه هاي فلزي تبديل خواهد گشت

گنجانده نشده است اما به جهت سهولت ) 1387ويرايش (بنابراين گرچه اين روش در آخرين ويرايش از مبحث دهم .آشنايي مهندسين با اين روش مهم و ضروري ميباشد ETABSطراحي و مزاياي آناليز مستقيم در نرم افزار

RefrencesRefrences::مراجعمراجع RefrencesRefrences ::مراجعمراجع1387مقررات ملي ساختمان ويرايش سال 10مبحث -

- AISC-360-2005

- AISC 2010-Draft

-ETABS AISC360-05 Manual-Jason R Ericksen, CSC ,”How To Guide for the Direct Analysis Method”, 2010

-Christopher m. Hewitt ,”Stability Analysis It’s not as Hard as You Think”,2008p , y y ,

-CSI DAM Guide Manual

This presentation Published for this Virtual Internet Forum:

- Persian Civil Forum:www Iransaze comwww.Iransaze.com

- Latin Civil International Forum:www.forum.civilea.com

And My Structural Websait:www Saze808 comwww.Saze808.com

Email for contact with Publisher:mojtaba808@yahoo.comj @y

ر::جهت دريافت اطالعات بيشترجهت دريافت اطالعات بيشتر بي ري ره بي ري ه: 808وبسايت آموزشي سازه

com808www Saze .com808www.Saze

:ايميل@yahoo.com808mojtaba

:انجمن مهندسين عمران ايران

www.Iransaze.com

ASDو تنش مجاز LRFDبه روش حالت حدي راهنماي طراحي سازه هاي فوالدي

AISC 2005و آيين نامه 1387مبحث دهم مقررات ملي ساختمان ويرايش :با در نظر گرفتن الزاماتف خ“تال غ ا فت ضا د ”ا احمدرضا جعفري، مجتبي اصغري سرخي:تاليف

89پاييز -انتشارات علم عمران